​​Исследователи Сколтеха и их коллеги из России и Израиля разработали новый, простой и недорогой метод тестирования образцов биологических жидкостей, который может быть доработан для использования в клинической практике, в том числе для тестирования образцов в режиме реального времени в процессе операции. Результаты исследования опубликованы в журнале Light: Science & Applications. 

В медицинской практике для диагностического тестирования биологических образцов (например, мочи или слюны) в реальном времени чаще всего применяется метод, основанный на использовании безмаркерных оптических сенсоров, обладающих высокой чувствительностью, обеспечение которой требует больших временны́х и ресурсных затрат. В поиске более эффективной альтернативы существующему методу группа исследователей под руководством профессора Дмитрия Горина из Центра фотоники и квантовых материалов (CPQM) Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и д-ра Романа Носкова из Тель-Авивского университета исследовала характеристику, которая обычно не учитывается в безмаркерных оптических сенсорах. Речь идет об оптической дисперсии коэффициента преломления образца, которая может выступать в роли «отпечатка пальца» для отслеживания изменений в составе образца. 

Исследователи использовали мультиспектральное внутриволоконное оптическое зондирование жидких биологических образцов в статическом режиме и режиме реального времени. По мнению исследователей, этот метод обладает точностью, надежностью и высокой чувствительностью при обнаружении примесей в образце. Благодаря этим характеристикам метод может использоваться как для медицинской диагностики, так и для моделирования различных биологических процессов в режиме реального времени. 

Новый метод измерения дисперсии показателя преломления основан на использовании микроструктурного оптического волокна с полой сердцевиной (HC-MOF) и окружающей ее микроструктурной оболочкой, удерживающей свет внутри сердцевины. Жидкость проникает в полую сердцевину волокна, а спектральные сдвиги в максимумах и минимумах спектра пропускания HC-MOF интерпретируются как сигналы о химическом составе образца. Данная сенсорная система не требует использования внешнего резонатора и интерферометра, поэтому она является простой и недорогой в изготовлении. 

Исследователи проверили, насколько эффективно система справляется с задачей определения концентрации бычьего сывороточного альбумина (БСА), который часто используют при проведении подобных экспериментов. Альбумин растворяли в воде и солевом растворе с фосфатным буфером. В нескольких экспериментах концентрация БСА стабильно определялась с точностью до 1 г БСА на 1 л жидкости, что соответствует уровню точности стандартных тестов на альбумин и в целом отвечает клиническим требованиям. 

 
«Нашу концепцию можно рассматривать в качестве основы для создания методов интраоперационного анализа биомаркеров разных типов. Для этого она должна быть протестирована на других биоаналитах, а волокно с полой сердцевиной необходимо дополнительно модифицировать для повышения специфичности метода. Будущие испытания этих устройств, предназначенных для использования по месту оказания медицинской помощи, станут первым шагом на пути к реализации метода, работающего по принципу «от лабораторных исследований до клинической практики», − отмечает профессор Горин. 

 
«Мультиспектральное внутриволоконное оптическое зондирование открывает новые возможности для создания быстрых, дешевых и надежных методов анализа образцов крови и других биологических жидкостей в режиме реального времени, что имеет важное значение для своевременной диагностики различных заболеваний и аномальных состояний», − добавляет д-р Носков. 

 
Исследователи планируют продолжить исследования с целью повышения специфичности и чувствительности метода, а также подать патентную заявку и найти индустриальных партнеров и инвесторов, заинтересованных в разработке клинических устройств на основе сенсоров этого типа. 

 
Исследование проводилось в рамках сотрудничества между Сколтехом и Тель-Авивским университетом при участии специалистов Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского, МГУ им. М.В. Ломоносова, МФТИ, Томского государственного университета, Института проблем точной механики и управления РАН, а также индустриального партнера – ООО НПП «Наноструктурная Технология Стекла».
 
Источник информации: Сколтех 
Фото: https://www.skoltech.ru/en​

Похожие новости

  • 03/07/2020

    Мегагранты: чем занимаются лаборатории, открытые в рамках программы

    Программа мегагрантов была запущена в 2010 году. Она подразумевает международное сотрудничество российских вузов и научных организаций с ведущими зарубежными учеными и научно-образовательными центрами в сферах науки, образования и инноваций.
    1964
  • 01/12/2020

    Годы научно-технического сотрудничества выведут отношения Китая и России на новый уровень

    Председатель КНР Си Цзиньпин и президент России Владимир Путин 26 августа 2020 года поздравили друг друга с открытием китайско-российских Годов научно-технического и инновационного сотрудничества. Научные и технологические коллективы двух стран используют эти годы, чтобы благодаря конкурсам, совместным исследованиям, занятиям в университетах и другим проектам вывести китайско-российские отношения на более высокий уровень.
    467
  • 09/12/2020

    Учёные испытали новые материалы с наночастицами для защитных масок

    Ученые ТГУ, ИФПМ СО РАН и ИХТЦ разработали новые материалы с бактерицидным и вирулицидным эффектом, которые могут применяться для создания различных изделий медицинского назначения, в том числе защитных масок и медицинской одежды.
    656
  • 28/10/2020

    Российские ученые нашли экологически чистую замену углю

    Улучшить свойства доступных видов биотоплива смогли ученые Томского политехнического университета (ТПУ). По словам авторов, им удалось получить из торфа и отрубей экологически чистое топливо, не уступающее по эффективности бурому углю.
    860
  • 23/09/2020

    Почему известный ученый решил работать в России

    ​Почему ученый оставил пост престижного европейского института? Можно ли повторить природу и создать кожу хамелеона? Как преодолеть возрастную яму в российской науке? Об этом корреспондент "РГ" беседует с профессором Дмитрием Ивановым, который после 20 лет работы за границей возглавил лабораторию в МГУ.
    527
  • 30/11/2020

    Новые данные по иммунитету к коронавирусу вселили надежду

    ​Антитела после заболевания коронавирусом SARS-CoV-2 сохраняются, хотя их количество и уменьшается в среднем раза в два за полгода. Но им на помощь приходит Т-клеточный иммунитет, хранящий память о заболевании и просыпающийся в момент повторной встречи с вирусом.
    913
  • 26/05/2020

    Наука будущего: беспилотник на солнечных батареях, обрывы проволоки и молекулярные ножницы

    Как совмещать открытия в медицине и в космической сфере, чем бактериальная целлюлоза поможет экологии планеты и можно ли излечить от болезни, отредактировав ДНК, — в материале портала "Будущее России.
    1080
  • 25/12/2020

    Фундаментальная наука и пандемия COVID-19: уроки года

    ​Какова роль фундаментальной науки в борьбе с пандемией коронавируса? В какой мере фундаментальные исследования способствовали появлению эффективных методов лечения? Как пандемия трансформирует науку – что изменилось в уходящем году, и что изменится в будущем? Об этих темах телеканал «Наука» спросил ведущих российских ученых в рамках совместного с Российской академией наук (РАН) проекта по подведению научных итогов года.
    518
  • 12/01/2021

    Томский НИМЦ: работа в команде – путь к научным открытиям

    ​В Томском НИМЦ активно развиваются традиции командной работы, ярким примером является созданный в 2017 году междисциплинарный научный коллектив НИИ онкологии «Механизмы инвазивного роста и метастазирования карцином» под руководством профессоров В.
    270
  • 15/08/2018

    Бактерии под Томском живут за счет производства уксусной кислоты

    ​Исследователи из Томского государственного университета, ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН и Университета Глазго определили видовой состав микроорганизмов, обитающих в горячих подземных водах недалеко от Томска.
    1114